Соединение деталей

 

Использование: для передачи крутящего момента, например в шпоночных и шлицевых, с различными профилями элементов зацепления, на которых выполнены элементы зацепления в виде зубьев или граней. Сущность изобретения: в соединении деталей элементы зацепления охватывающей / детали, закрепленной жестко со стороны торца охватываемой, или элементы зацепления последней выполнены толщиной .изменяющейся по следующей зависимости: 2(х) г m(1 /Gi Г0 x/llKx)dx -1 /62 Jj I - (x)dx), где г - расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления; Gi. 62 - модуль сдвига материала соответственно охватываемой и охватывающей деталей; hk(x), l2k(x) - момент инерции при кручении соответственно охватываемой и охватывающей деталей; I - длина контакта элементов зацепления в соединении; m - постоянный коэффициент, характеризующий средний расчетный погонный крутящий момент. 4 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 16 D 1/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4715496/27 (22) 05.07.89 (46) 15.06.92. Бюл. М 22 (71) Челябинский филиал Государственного . союзного научно-исследовательского тракторного института "НАТИ" (72) Я.С.Авраменко и С.С.Дмитриченко (53) 621,825.2 (088,8) (56) Патент ФРГ М 2656946, кл. F 16 Р 1/06,,1978. (54) СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ (57) Использование: для передачи крутяще-. го момента, например в шпоночных и шлицевых, с различными профилями элементов зацепления, на которых выполнены элементы зацепления в виде зубьев или граней.

Сущность изобретения: в соединении деталей элементы зацепления охватывающей

Изобретение относится к машиностроению, в частности к соединениям для передачи крутящего момента, Известны конструкции соединений для передачи крутящего момента, например шпоночные, шлицевые, с различными профилями элементов зацепления (прямообочные, звольвентные, треугольные), призматические, профильные, в том числе трефные, состоящие из охватываемой детали {вала) и охватывающей детали(втулки), на которых выполнены. элементы зацепления в виде зубьев или граней. Опорные (контактные) поверхности элементов зацепления, через которые передаются нагрузки от крутящего момента, имеют, как правило, параллельное расположение вдоль соединения.

Недостатками таких соединений является наличие у них на элементах зацепления

„>SU, 1740816 А1 детали, закрепленной жестко со стороны торца охватываемой, или элементы зацепления последней выполнены толщиной,изменяющейся по следующей зависимости:

Z(x)= rm(1/6 Р х/Щх)ох-1/Gz /" !- х/Щх)бх), где r — расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления; 61, 6р — модуль сдвига материала соответственно охватываемой и охватывающей деталей; 1А(х), 12k(x) — момент инерции при кручении соответственно охватываемой и охватывающей деталей; 1- длина контакта элементов зацепления в соединении; m— постоянный коэффициент, характеризующий средний расчетный погонный крутящий момент. 4 ил. в зоне выхода вала из втулки на стороне нагруженного сечения вала пиковых напряжений, превышающих в несколько раз их средние расчетные значения. Это приводит к преждевременному усталостному разрушению соединений.

Известна конструкция шлицевого соединения, в котором с целью повышения равномерности распределения контактных деталей по длине шлиц в теле каждого шлица охватывающей детали (втулке).выполнена продольная прорезь, образованная щелью, открытой со стороны наружной поверхности шлица и конической поверхностью, обращенной большим основанием в сторону смещения венца, с которого снимается крутящий момент.

Недостатком такого соединения является невозможность равномерного распреде174081 б пения rio длине соединения максимального крутящего момента, передаваемого соединением, техническая сложность исполнения и невозможность ее использования в соединениях, имеющих мелкие шлицы, Известно соединение шлицевого вала, в КОТороМ для снижения пиковых напряжений в наиболее напряженных точках соединения предусмотрен между профилями касающихся зубьев (шпицев) вдоль осевого направления расширяющийся зазор, по величине равный упругой деформации шпица под нагрузкой, при этом изменяющийся зазор образуется уменьшением толщины шпица вала по дуге окружности, центр которой находится над местом начала расширения зазора.

Недостатком конструкции приведенного соединения янляетсл то, что изменение зазора между контактирующими поверхностями шпицев по величине, равной ynpyroA деформации шпица пад нагрузкой и являющийся функцией дуги окружности, не обеспечивает равномерное распределение по длине шпиц максимального крутящего момеьп . передаваемого соединением, а следовательно, не обеспечивает возможное снижение пиковых напряжений в соединении; у которого охватывающая деталь закреплена по длине соединения (или с которой происходит снятие крутящего момента по длине соединений), Цель изобретения — повышение надежности соединений для передачи крутящего мо;,анта путем равномерного распределения контактных давлений по длине соединения при переда те максимального крутяще о момента и Выравнивание их по высоте элементов зацепления, Укаэанная цель достигается тем, что в соединении для передачи крутящего момента, состоящем из охватывающей детали (втулки) и охватываемой детали (вала), имеющих продольно расположенные вдоль оси нзаимно контактирующие элементы зацепления, в которых между боковыми опорными профилями вдоль осевого направления предусмотрен образованный переменной по длине толщиной зубьев зазор, расширяющийся а сторону, противоположную торцу (в сторону максимально нагруженного сече. ния) вала, начало образования зазора совмещено с торцом вала, при этом величина уменьшения толщины элемента зацепления на охватываемой или охватывающей детали выполнена по соотношению:

30 в ение тольцины произ едено на элементах згп епления охватывающей детали: на фиг.

3 -- то же, что на фиг, 2., с уме; ьшением толщины элементов зацепления на охватываемой детали; на фиг, 4 -- схема образования зазора по поперечному сечению соединения, Гоединение состоит иэ охнатынаемой 1 и охватывающей 2 деталей, - которых образованы элементы 3 и 4 зацепления на охватываемой и на охватывающей деталях, Элементы зацепления имеют orIopII;;Ie ripoфили 5 и б на охваты Ваемой и на охватывающей деталях. Между опорными элементами зацепления в исходном ссстоянии до приложения крутящего момента имеется зазор 7, переменный по длине и высоте элементов зацепления

Б продольном сечении по длине элемента зацепления его иэменгпощаяся толщина выполнена в соо1вегствии с кривой ли гней 8, при уменьшении толщины элемента зацепления на охватывающей детали (фиг.2) или кривой линией 9 при уменьшении толщины на охваты наемой (фиг.3}

На всех представленных фигурах зазоры условно представлены s увеличенных размерах.

В соединении, которое передает реверсивный крутящий момент (Мь, и Мц на фиг, 1), уменьшение толщины элементов зацепления выполнено с обеих сторон опорной поверхности.

Соединение работает следующим образом, Б момент приложения крутящего момента малой величины в контакт входят опорные профили элементов зацепления в зоне начальных значений, Начало координат по оси х совмещено с нена руженным сечением (торцом) вала. С ростом передаваемого соединением крутящего момента зона контакта расширяется вдоль оси х эа счет более интенсивного кручения охватываегде r — расстояние от центра тяжести сечения детали до заданной точки контакта на боковом опорном профиле элемента зацепления;

G< — модуль сдвига материала, соответственно охватываемой детали; ь(х) — момент инерции при кручении охватываемой детали;

I — длина контакта элементов зацепле10 ния;

rn — постоянный коэффициент, характериэующий расчетный распределенный погонный крутящий момент, На фиг, 1 показано предлагаемое соединенис, поперечное сечение., на фи.. 2 — то ж=.. продольное сечение, в котором умень1740816 мой детали относительно охватывающей и выбора зазора 2(х). При достижении крутящим моментом максимального значения

M

В связи с тем, что угол кручения сечений охватываемой детали (рф) и охватывающей р,() имеют разные значения при их незави симом кручении, то длл равномерного распределения крутящего момента по длине элементов зацепления в соединении должен быть зазор 7(х), в каждом сечении прямо пропорциональный разности углов крученил вала и втулки рз(х), обеспечивающий разность углов кручения сечений вала и втулки.

Так как в предлагаемом соединении углы кручения сечений вала и втулки имеют разные значения, то длл обеспечения выравнивания давлений по ",ысате зубьев исходный контур опорного профиля на уменьшаемам по толщине зубе должен быть повернут на угол разности углов кручения вала и втулки с учетом первоначального зазора в соединении у ненагруженнаго сечения вала.

Использование в саединенилх для передачи крутящего момента предлагаемых конструктивных рашений позволяет по сравнению с известным снизить напряженность элементов соединенил, значительно повысить его ресурс, а при одинаковом уровне напряженности снизить металлоемкость.

Формула изобретения

Соединение деталей, включающее ах5 ватываемую и охватывающую детали с элементами зацепления в виде зубьев на обращенных одна к другой поверхностях деталей, выполненных переменной толщины па аси соединения, о т л и ч а ю щ е е с л

10 тем, чта, с целью повышения надежности соединения путем выравниванил контактных давлений по длине и высоте зубьев охватывающей детали, закрепленной жестко со стороны торца охватываемой, или зубья

15 последней выполнены толщиной, изменяющейся по следующей зависимости: В= I N(- ) ох — .) Йх1

1 х 1 Ы о I>.K9) Gz 0 Iz g(z>

20 .где г — расстояние от центра тлжести сечения детали до заданной точки контакта ка боковом опорном профиле зуба;

G, Gz — модуль сдвига материала соответственно ахватываемой и охватывающей

25 деталей;

1 й(х), Izk(x) — момент инерции при кручении соответственно охваты ваемай и охватывающей деталей;

I — длина контакта зубьев в соединении;

30 m — постоянный коэффициент, характеризующий средний расчетный паганкый крутящий момент.

1740816

ЫИГ. 3